[发明专利]处理噪声信号和光电转换信号的成像装置

说明书

本申请是申请日为2004年12月24日、申请号为 200410011488.4、发明名称为“处理噪声信号和光电转换信号的成像 装置”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种捕捉物体图像的成像装置。

背景技术

近年来，主要用来捕捉静态图像的数字静态照相机和具有最大为 10000000像素的成像设备已经开始被使用，并且甚至对于主要用途是 捕捉移动图像的电影摄影机，也已经开始使用几百万像素的成像设备。

很明显，成像设备像素数量的这种增加归因于像素尺寸的缩小。 然而，作为结果，像素的开口面积也变得更小，并且低灵敏度和光散 射噪声成为突出的问题。而且，随着所包含电子数量的减少，由成像 装置产生的噪声变的非常显著。

作为减少放大成像设备噪声的方法，一般的做法是，为了移除放 大晶体管输入阶段的复位噪声(reset noise)(该噪声作为在图像捕捉 平面上的固定模式噪声和构成放大器的晶体管的Vth变化出现)，预 先读取该噪声，并随后光电转换信号叠加在该噪声上并被读取，以及 通过减去它们来执行噪声处理，即，执行所谓的(S-N)处理。在该 方法中，作为常识可以认识到虽然减少了固定模式噪声，但是随机噪 声变大为倍。

下面描述减少这种随机噪声的传统例子。

(1)在像素噪声减少处理中，基于在遮光状态下获得的捕捉输 出，从多个噪声数据片中产生预定的噪声数据。对于被捕捉的数据来 说，利用在图像捕捉操作之后进行AD转换后的数据。由于预定噪声 数据被平均，所以随机噪声被减少。然而，并不能减少包含在图像捕 捉数据中的随机噪声。另外，由于从成像设备中读出噪声需要时间， 所以图像捕捉的间隔变长，并且不能立即进行图像捕捉。而且，无功 功率的消耗变得较大(日本专利公开No.05-64085)。

(2)为了降低X射线噪声，多次读出光电转换的信号，并基于 差别来分离X射线噪声。在该情况下，虽然可以分离出随机X射线噪 声，但是增加了像素噪声(日本专利公开No.2002-344813)。

(3)已提出了一种减少噪声影响的方法，所述噪声由信号处理电 路在随后的阶段通过多次读取来自放大晶体管的噪声或信号，并且通 过电荷相加(charge addition)来增加噪声和信号幅度而产生。例如， 在该实施例的图2中，在信号仅仅在通过传统MOS开关后被以电气 方式提供给电容器的情况中，相加电荷是困难的。当使用电荷转移 MOS晶体管时，由于信号的传送需要足够的时间，因此，难以进行高 速驱动和高速连续图像捕捉，并且放大晶体管的1/f噪声不能减少的 可能性也很大(日本专利公开No.10-257389)。

(4)降低读取系统信号处理电路中噪声的方法是已知的。在该 情况下，在降低来自放大晶体管的噪声的方法中，信号处理电路在后 续阶段的噪声可被CDS(相关双采样器)电路和放大器设备忽略，这在 减少放大晶体管的固定模式噪声中是很有效的(日本专利公开 No.2001-36920)。

在前面的叙述中，以减少成像装置的噪声为目的描述了传统的例 子。在具有大数量像素的成像设备的应用中，通常的做法是，在需要 高分辨率的高精度图像捕捉中使用大量的像素来进行图像捕捉，而在 低分辨率就足够的情况中用少量的像素来进行图像捕捉。此时，在高 精度成像捕捉中，从成像装置中读取几乎所有的像素信号。在低分辨 率图像捕捉中，为了防止照相机的电池消耗或为了捕捉移动图像，像 素信号在被稀疏的同时被读取，或像素信号在被稀疏和相加的同时被 读取。

在上述技术的第一例子(日本专利公开No.9-247689)中，通过 在4×4像素单元中稀疏相同颜色的像素来进行读取相加(reading addition)。在第二例子(日本专利公开No.2001-36920)中，通过使 用4×4像素作为一组相加多个像素信号，以便在相加之前每种颜色的 空间颜色配置和相加之后每种颜色的空间颜色配置相同。